Фрикционные механизмы и тормозные шкивы (барабаны) тормозов

Принцип работы тормозов основан на силах трения, которые возникают в месте контакта тормозных шкивов (барабанов) с активными элементами: колодками (колодочный тормоза) или лентами (ленточные тормоза), а в дисковых тормозах – между подвижными и неподвижными дисками. Геометрические размеры тормозов зависят от коэффициентов трения контактирующих элементов. Для увеличения сил трения в зону контакта активных элементов вводят фрикционные материалы с повышенным коэффициентом трения.

От фрикционных материалов тормозов требуются:

высокий и стабильный коэффициент трения, достаточная прочность и износостойкость, термостойкость, небольшая стоимость.

Наиболее удовлетворяют этим требованиям тканые, формованные, прессованные и вальцованные асбофрикционные материалы. Широкое распространение получили фрикционные вальцованные ленты толщиной 5…10 мм.

Для большей прочности и улучшения условий для отведения тепла в тканую ленту включают каркас из медной или латунной проволоки и пропитывают битумом и льняным маслом. Вальцованную ленту изготавливают из асбеста, каучука с добавлением серы для вулканизации.

Коэффициент трения тканой асбестовой ленты f=0,35, при температуре 200°С; вальцованной ленты f = 0,42, при t = 220-250°С.

Фрикционную ленту крепят к колодкам или стальной ленте латунными или медными заклепками, во избежания повреждения шкива, а в последних конструкциях тормозов омм термостойким клеем.

Износ ленты принимают ориентировочно 1 мкм за каждое включение тормоза.

В тяжелонагруженных тормозах применяют фрикционные металлокерамические материалы, которые имеют высокие и стабильные коэффициенты трения, высокую износостойкость, допускают высокое давление (до 2…5 МПа). Они обеспечивают работу тормозов при высоких температурах (до 500… 1000°С), их изготовливают на медной и железной основах.

Тормозные шкивы рекомендуется изготовлять из стали 35СГ с твердостью поверхности НВ 420 или стали 65 и 65ГЛ с твердостью не меньше НВ 350 (сорбитизация или закаливание ТВЧ на глубину 3-4 мм). Для механизмов передвижения и поворота допускается применение шкивов из чугуна СЧ 28. Обод шкива должен иметь достаточную жесткость и толщину для возможности проведения переточки поверхности трения при образовании на ней неровностей, глубиной больше 0,5 мм. Для улучшения охлаждения тормоза нужно предусматривать на внутренней поверхности шкива ребра, что усиливают движение воздуха и, как следствие, теплоотдачу.

Тепловой расчет тормозов достаточно громоздок. Поэтому ограничимся сравнением фактических средних значений мощности трения тормоза с предельным их значением для данного типа тормоза:

.

Средняя мощность трения тормоза:

, кВт (4.10)

где w - угловая скорость вращения шкива; - среднее значение тормозного момента, Н×м; - номинальный тормозной момент; , – время торможения и время цикла.

Предельное значение мощности трения (кВт) зависит от типа тормоза и диаметра шкива: =0,5…3,5 – для колодочных и = 1,25…2,4 – для ленточных тормозов.

Рекомендуются следующие значения коэффициентов трения разных материалов при отсутствии смазочного материала.

Таблица 4.2 – Коэффициенты трения материалов при отсутствии смазочного материала

Колодочные тормоза

Одноколодочные тормоза применяются редко, только в механизмах с ручным приводом, в результате малого тормозного момента, а также неуравновешенности системы. Сила нажатия на колодки воспринимается валом тормозного шкива и подшипниками, что увеличивает их размеры и массу механизма.

Двухколодочные тормоза с электромагнитом (рисунок 4.4) являются основными в грузоподъемных машинах и представляют собой уравновешенную систему, где практически отсутствующие усилия, которые изгибают вал. Тормоз (рисунок 3.4, а) состоит из шкива 1, тормозных рычагов 2, в которых шарнирно закреплены колодки 3 с фрикционными накладками, рабочей замыкающей пружины 6, находящейся в скобе 5 и закрепленной на штоке 7, вспомогательной пружины 4 (для быстрого отведения левой колодки), клапана с якорем 8, катушки электромагнита 9 и регулировочного винта 10 (для регулирования зазора между шкивом и колодками).

При включении приводного электродвигателя одновременно подается ток в катушку электромагнита 9, которая притягивает якорь, он толкает влево шток, сжимает рабочую пружину, и колодки расходятся – тормоз разомкнут. При выключении двигателя или исчезновении электроэнергии в сети электромагнит теряет свои свойства, пружина разжимается и прижимает тормозные колодки к вращающемуся шкиву. Механизм под действием силы трения останавливается.

Тормозные электромагниты бывают переменного (чаще всего) и постоянного тока. Короткоходовые (ход 2-4 мм) и плунжерные (ход 20-80 мм). Короткоходовые электромагниты бывают переменного, однофазного тока типа МО-Б (клапанные) и постоянного тока типа МБ, ТКП; плунжерне электромагниты переменного трехфазного тока типа КМТ и постоянного тока типа КМП.

Рисунок 4.4 – Схемы двухколодочных тормозов

Короткоходовые электромагниты устанавливают непосредственно на тормозные рычаги и поэтому конструкция тормоза достаточно компактная. Они могут работать в каком-нибудь положении, а не только в вертикальном. Однако эти тормоза не лишены и существенных недостатков: резкие удары якоря о сердечник и о шток; небольшое число включений в час (до 300), невозможность регулирования скорости движения якоря и тормозного момента во время торможения; неодинаковые моменты инерции тормозных рычагов в результате закрепления клапанного электромагнита на одном из рычагов, что создает при резком замыкании динамическую неуравновешенность тормозной системы и удары колодок о шкив. Это является причиной возникновения больших динамических нагрузок в тормозных системах и в линии передач приводов.

В современных конструкциях тормозов вместо электромагнитов широко распространены более надежные электрогидравлические приводы (рисунок 4.4, б).

На рисунке 4.4, вприведена другая конструкция двоколодочного тормоза, который может быть соединен также с плунжерным электромагнитом, гидроцилиндром или ручным приводом управления.

Тормоза с электрогидравлическим приводом (толкателем) (рисунок 4.4, б). Электрогидравлический привод – это автономный привод, состоящий из центробежного насоса, который приводится от специального электродвигателя, и поршня, соединенного с тормозной системой.

Тормоза с электрогидроприводом имеют следующие преимущества перед тормозами с электромагнитами: плавность включения и выключения тормоза, что способствует уменьшению динамических нагрузок в механизмах и повышает их долговечность; возможность регуляции тормозного момента; возможность большого числа включений тормоза в час (до 2000); меньшие пусковые токи; выше износостойкость и надежность.

Невзирая на указанные достоинства электрогидроприводы не везде могут успешно работать: в условиях низких температур; при установке тормоза в наклонном положении (отклонение не больше 15°).

В зависимости от условий работы электрогидравлические приводы изготовляют в следующих исполнениях: общепромышленном, тропическом; северном (t = –60°), морском и взрывобезопасном.

Приводы в тропическом исполнении отличаются устойчивыми лакокрасочными и гальваническими покрытиями деталей; приводы в морском исполнении имеют стальной корпус, большую вибростойкость и обеспечивают работу в условиях повышенной влажности, температуры и вибрации.

Электрогидравлические приводы выполняют одно- и двухштоковыми. Одноштоковые серии ТЭГ и ТГМ, усилием 160…800 Н, двухштоковые серии Т, усилием 1600 Н.

Конструкция одноштоковых электрогидроприводов типа ТЭГ показана на рисунке 4.5, а.Электродвигатель 6, находящийся в рабочей жидкости, приводит во вращение центробежный насос 5, который создает давление над поршнем 4 в цилиндре 2. Поршень вместе со штоком 3 поднимается и воздействует на рычажную систему, сжимает пружину и отводит колодки от шкива. Корпус привода крепится к опоре тормоза шарнирно с помощью проушины.

Рабочей жидкостью служит масло АМГ-1, трансформаторное масло или специальная жидкость для работы при низких температурах.

Привод типу ТГМ показанный на рисунке 4.5, б. Кроме нормального исполнения, существует привод с регулированием времени подъема и опускания поршня с помощью дроссельных клапанов, что позволяет регулировать длительность включения тормоза.

В двухштоковом электроприводе (рисунок 4.5, в) применяется электродвигатель фланцевого типа обычного исполнения, установленный на верхней части корпуса. Вращение насосу передается валом, установленным в подшипниках качения.

Основная характеристика электрогидропривода тормоза:

мощность специальных электродвигателей трехфазного тока 50-400 Вт, частота вращения 3000 об/хв, тормозной момент 10…12500 Н×м, тяговое усилие 160…1600 Н, давление жидкости 0,1 0,7 МПа и до 1,5 МПа, время замыкания и размыкание тормоза 0,2…0.8 с.

Расчет тормоза с электрогидроприводом аналогичный изложенному выше. Поэтому здесь ограничимся только формулой для определения усилия запирающей пружины (рисунок 3.4, б)

, (4.11)

где G_Т – вес деталей привода, соединенных с рычажной системой тормоза.

Тяговое усилие на штоке привода при торможении:

. (4.12)

Рисунок 4.5 – Электрогидравлический привод